Министерство  образования и  науки Украины

Одесская  государственная  академия холода 

Факультет информационных технологий

Компьютерное  моделирование процессов кипения  хладагентов с нано частицам.

Курсовая  работа 

по дисциплине «Разработка САПР» 

Выполнил студент 358-А группы

                            А.Ю. Драхня  

Руководитель                                        

                            С.Г Сиромля 

              

Оценка:                                                      

Одесса 2007г.

 

Содержание

Введение...................................................................................3

   1. Общие сведения

     1.1 Цель и постановка задачи.............................................4

  1.2 Основные понятия

     1.2.1. Холодильный агент…… ……………………..9

     1.2.2. Наночастицы…………… …………………… 18

     1.3 Краткие сведения о кипении хладагентов  .................20

  1.4 Концептуальная модель системы................................23

2 Среда разработки “ANSYS Multiphisics”

  2.1 Программные модули ANSYS.……….........................25

      2.2Вычислительная гидродинамика.

     Программный комплекс ANSYS CFX®……….……….30

3.Список использованной литературы...................................37 
 

 

Введение

     Человечество  во все времена стремилось улучшить условия своего существования. Для  этого в первобытном обществе люди использовали различные орудия труда, несколько позже они приручили  диких животных, которые стали  приносить пользу человеческому  сообществу. Шли годы, менялся мир, менялись люди и их потребности. Теперь большинство из нас уже не может  представить себе жизнь без современных  благ цивилизации, достижений науки, техники, медицины.

     Нас интересует использование наночастиц в холодильной и криогенной технике.Добавки наночастиц в смазки (лубриканты), в основном используемые в комбинации с хладагентами в чиллерах, может значительно повысить энергетическую эффективность промышленных охлаждающих систем. Эксперименты с различными концентрациями добавок наночастиц показали реальную возможность существенного повышения энергетической эффективности больших промышленных чиллеров. Механизм увеличения трансфера тепла в смеси хладагент/лубрикант при добавке в эту смесь наноматериалов не до конца понятен. Как и любая технология, этот процесс имеет и свои недостатки. В частности, добавка недостаточного количества наночастиц или другого их типа приводят к существенному ухудшению эффекта. Очевидно, что наночастицы материалов с высокой теплопроводностью повышают скорость теплопередачи. Предварительные результаты также свидетельствуют о том, что при добавках наночастиц в достаточных количествах, параметры теплоотвода улучшаются за счет более энергичного «кипения» смеси. Маленькие частицы присадки стимулируют образование удвоенного количества пузырей, в частности, вторичных пузырей на поверхности уже существующих, первичных пузырей воздуха. Пузыри уносят тепло от поверхности, и факт того, что они образуются более эффективно и в большем количестве благодаря наночастицам присадки, означает, что тепло отводится быстрее.

 

1. Общие сведения

1. Цель и постановка задачи

     Цель  – создание достоверной компьютерной модели процессов кипения хладагентов с наночастицами.

     Основной  упор делается на разработку точной математической модели.  

Основные  задачи:

• Получение точной математической модели для процессов кипения хладагентов с наночастицами;
• Получение компьютерной модели для проведение физического эксперимента;
• Сохранение всех данных в электронном виде для последующего  использования в данной области;
• Создание возможности использования результатов моделирования в других системах и/или базах данных.

 

  Для более  детального анализа проблемы нам  необходимо проанализировать ее следуя следующим этапам:

1    Достигнуть соглашения об определении проблемы;

2. Выделить основные причины-проблемы, стоящие за проблемой;
3. Выявить заинтересованных лиц и пользователей ;
4. Определить системы решения;
5. Выявить ограничения, которые необходимо наложить на решение.

 

      Этап  I заключается в достижении соглашения об определении проблемы, которую нам необходимо решить. Одним из самых распространенных способов является запись проблемы и выявление все ли согласны с такой постановкой. Полезно рассматривать преимущества предлагаемого решения описанного на языке клиент/пользователь.

      Составление таблицы позволяет более детально рассмотреть проблему и детализировать ее. 

 

Этап II

Этап III.

Заинтересованные  лица – это все на кого реализация новой системы может оказать воздействие.

1. Пользователи системы: фирма заказчик;
2. Непрямые пользователи: Фирмы приобретающие данный продукт для своего внутреннего пользования;
3. Фирма разработчик: программисты, субподрядчики;
4. Исследователи, ученые.

 
 
 
 

Этап IV.  

      Наша  система хотя и будет создаваться  для конечного пользователя, по требованиям заказчика, но ее также смогут использовать:

1. Программисты – для последующего изменения программы, улучшения алгоритмов работы.
2. Ученые –результаты, полученные на основании вводимых данных, могут послужить дальнейшему исследованию в этой области.
3. Конструкторы, технологи – для создания новых устройств, технологий с целью получения более продуктивных результатов.
4. Системные администраторы – будут осуществлять обслуживание и поддерживать работоспособность системы.
5. Другие системы – могут использовать результаты полученные путем компьютерного моделирования для других систем или исследований.

Этап V.

      Ограничения накладываемы на наше решение следует  определить до начала реализации продукта.

 

 

1.2 Основные понятия

1.2.1 Холодильный агент

Холодильный агент (хладагент) — рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении и в процессе изотермического расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде за счёт конденсации (воде, воздуху и т. П.), т.е. хладагенты обычно используют фазовый переход: кипение и конденсацию.

Хладагенты должны отвечать следующим основным требованиям:

1. обладать химической стабильностью и инертностью к основным конструкционным материалам и смазочным маслам;
2. иметь допустимые значения рабочих давлений, разности и отношения давлений нагнетания и всасывания;
3. не оказывать отрицательных воздействий на окружающую среду и человека;
4. быть негорючими и взрывобезопасными;
5. иметь высокую степень термодинамического совершенства, большую объемную холодопроизводительность;
6. обладать благоприятным сочетанием теплофизических свойств, влияющих на массу и габариты теплообменной аппаратуры;
7. выпускаться промышленностью и иметь относительно низкую стоимость.

К теплофизическим  свойствам холодильного агента относятся:

• вязкость μ,
• теплопроводность λ,
• плотность ρ и др.

 Они,  как и теплота парообразования  r, оказывают влияние на коэффициент теплоотдачи при) кипении и конденсации. Бóльшим значениям λ, ρ, r и малой вязкости соответствуют большие значения коэффициентов тепло отдачи.

К физико-химическим свойствам относятся:

• растворимость холодильных агентов в смазочных маслах и воде,
• инертность к металлам,
• взрывоопасность и воспламеняемость.

На гидравлическое сопротивление при циркуляции холодильного агента в системе влияют μ и ρ: чем они больше, тем больше сопротивление. Количество циркулирующего в системе холодильного агента уменьшается с ростом теплоты парообразования.

Как правило, в холодильных машинах применяют хладагенты, удовлетворяющие лишь наиболее важным требованиям. Кроме перечисленных, немаловажным требованием, которое предъявляется к холодильным агентам, является безопасность эксплуатации холодильного оборудования. В холодильных камерах определенную опасность представляют утечки хладагента и их вредное влияние на людей и хранящиеся в них продукты.

Каждое  рабочее вещество может обеспечить эффективную работу ХМ в довольно узком температурном диапазоне. А поскольку работа холодильных  машин на предприятиях торговли осуществляется довольно в широком диапазоне  температур кипения хладагентов (от -5 до -40°С), то для каждой из этих температур существует наиболее подходящий холодильный  агент, при использовании которого технико-экономические показатели работы холодильной установки оптимальны.